Оценка параметров аэрации и загрязнения атмосферы

Козырев С.А. и др.
Оценка параметров аэрации и загрязнения атмосферы…
УДК 622.458
Оценка параметров аэрации и загрязнения атмосферы
карьеров вредными технологическими примесями
С.А. Козырев, А.Д. Вассерман, А.В. Осинцева
Горный институт КНЦ РАН
Аннотация. Представлены результаты разработки системы автоматизации расчетов при оценке
параметров аэрации и загрязнения атмосферы карьеров вредными технологическими примесями.
Описаны функциональные возможности и интерфейс программного пакета.
Abstract. A program package to be applied in estimation of open pit aerology and air pollution parameters has
been shown. The program functionality and interface have been described.
Ключевые слова: аэрология карьеров, газовые примеси, атмосфера карьера
Key words: open pit aerology, gas admixtures, atmosphere
1. Введение
В связи с увеличением глубины карьеров одной из центральных проблем при разработке
месторождений открытым способом становится обеспечение нормальных санитарно-гигиенических
условий в атмосфере карьеров, гарантирующих безопасную и высокопроизводительную работу.
Несмотря на широкое применение мероприятий по борьбе с запыленностью и загазованностью,
в последние годы на открытых горных работах участились случаи повышенных содержаний вредных
примесей в атмосфере карьеров. Основной причиной сверхнормативного загрязнения атмосферы
карьеров является несовершенство технологических процессов и оборудования, а также ухудшение
условий естественного воздухообмена с увеличением глубины карьеров, особенно при штилях и
температурной инверсии, при которых турбулентный воздухообмен выработанного пространства
карьера с окружающей средой затрудняется.
Для своевременного принятия мер, обеспечивающих безопасность персонала и регулирование
поступлений пыли и газов в окружающую среду, необходима разработка надежных и простых методов
прогноза и контроля пылегазового режима. При этом прогноз должен быть как долгосрочным и
среднесрочным, ориентированным на изменение технологии горных работ и внедрение технических
средств воздействия на пылегазовый режим, так и краткосрочным, обеспечивающим применение
управленческих решений организационного характера. Для долгосрочного прогноза используются в
основном методы математического моделирования с учетом сценария развития карьера, а для
среднесрочного и краткосрочного – статистические методы.
Бурное развитие исследований атмосферы карьеров, характерное для 80-х годов XX столетия,
для решения задач поддержания ее нормативной чистоты (Алоян и др., 1986; Бакланов, 1987), в
настоящее время повсеместно практически свернуто. Это можно сказать и о разработке программ
автоматизированных расчетов загрязнения карьерной атмосферы, без которых невозможно
прогнозирование, мониторинг и своевременное предупреждение работающих в карьере об опасных
(сверх норм предельно допустимых концентраций (ПДК)) выбросах загрязняющих технологических
примесей в атмосферу карьера.
В настоящее время программы для автоматизированных расчетов параметров загрязнения
атмосферы карьера пока еще не доведены до возможностей практического использования, несмотря на
высокий уровень заложенных в них теоретических посылок и обоснований. При этом представляется,
что расчет по программам с учетом максимально полного числа влияющих факторов и усложнение
примененных в таких программах методов пока еще не улучшает адекватность результатов прогноза
аэрогазодинамических процессов.
Предлагаемая программа представляет собой комплекс модулей для расчета параметров
состояния чистоты атмосферы карьера в зависимости от орографии его расположения, текущих
метеорологических и организационно-технических условий работы карьера. Это позволяет применить ее
для решения проектных и оперативных задач поддержания безопасных условий работы карьера по
фактору чистоты атмосферы. При этом критерием чистоты воздушной среды являются предельно
допустимые концентрации (ПДК) вредных технологических примесей, выделяемых горным
оборудованием и процессами (массовыми взрывами) и приводящих при их превышении к острым
отравлениям горнорабочих, а также к появлению смогов.
588
Вестник МГТУ, том 12, №4, 2009 г.
стр.588-590
2. Обзор возможностей программы расчета загрязнения атмосферы карьера
Методической основой расчета параметров естественной аэрации и загрязнения атмосферы
карьера вредными технологическими примесями явилась методика В.С. Никитина – Н.З. Битколова
(Никитин, Битколов, 1980), усовершенствованная в ГоИ КНЦ РАН для возможности проведения
автоматизированных расчетов состояния чистоты воздушной среды в карьерном пространстве.
Поскольку главную опасность для чистоты атмосферы карьера представляют вредные газовые
примеси, выделяемые работающим в карьере оборудованием, критерием безопасности в программе
служит именно газовый фактор. Основное назначение программного комплекса – автоматизация
оперативного управления горными работами в карьере на основе текущего состояния атмосферы при
фактическом количестве работающего в заданных режимах оборудования.
Методика решения поставленной задачи в программе основана на том, что в зависимости от
направления ветра и геометрических размеров карьера в заданном направлении возможны различные
схемы естественной аэрации – схемы воздухообмена, при которых появляются зоны с обратным
направлением и замкнутой циркуляцией воздушных потоков (зоны рециркуляции). От величины этих
зон и количества единиц оборудования, находящегося в такой зоне, с учетом скорости и направления
(румба) ветра, зависит эффективность выноса вредных технологических примесей.
По предлагаемой программе решаются следующие основные задачи:
- определение схемы естественной аэрации карьера по заданному румбу (направлению ветра,
набегающему на карьер), а также границы между зонами прямых и обратных (рециркуляционных)
потоков в карьере;
- определение интенсивности выделения вредных технологических примесей и концентрации их в
соответствующих зонах в зависимости от типа и количества работающего в карьере оборудования и
скорости ветра, включая штили и температурные инверсии;
- определение необходимого времени проветривания карьера после штиля или температурной инверсии
и после производства массового взрыва;
- определение мероприятий для поддержания безопасной чистоты атмосферы в карьере или отдельных
его зонах в зависимости от текущей метеорологической ситуации;
- при планировании годовых объемов горных работ определение вероятного времени простоя карьера по
метеорологическому фактору (используя розу ветров и данные о повторяемости скорости ветра) и
своевременная коррекция необходимой суточной производительности с учетом времени этих простоев;
- текущий контроль состояния и управление организацией горных работ для поддержания нормативной
чистоты атмосферы карьера;
- решение ряда исследовательских задач, связанных с естественной аэрацией карьера.
Для решения этих задач разработан программный комплекс расчета аэрологии карьерных пространств в
среде Windows. Интерфейс отдельных модулей программного комплекса представлен на рисунке.
Рис. Пакет программ для оценки состояния атмосферы в карьерах
589
Козырев С.А. и др.
Оценка параметров аэрации и загрязнения атмосферы…
Основной порядок работы с программой следующий:
задание геометрических размеров карьера в определенных сечениях;
сохранение начальных данных о моделях оборудования, работающего в карьере, с учетом
времени работы в различных режимах и выделяемых газовых примесей;
• последующий расчет размеров прямоточной и рециркуляционной зон на схеме естественной
аэрации карьера при ветре с заданным направлением и скоростью;
• расчет концентрации вредных примесей в атмосфере карьера по размерам рециркуляционных
зон и количеству оборудования, работающего в них;
• определение условий, при которых не будет превышения ПДК, в результате проведения
вычислительного эксперимента;
• при штиле определение времени, необходимого для нормализации атмосферы карьера.
Вероятность появления опасных (по загрязнению атмосферы карьера) метеорологических
ситуаций в общем случае наступает при пасмурной погоде со слабыми ветрами или в периоды
температурных инверсий, когда в карьере или над ним появляются слои воздуха, в которых температура
выше, чем у дна карьера.
При проведении прогнозной оценки уровня чистоты атмосферы карьера при проектировании и
планировании горных работ на основе среднегодовых многолетних метеорологических данных
необходимо предварительно задать геометрические параметры карьера на определенные периоды его
работы. Эта информация сохраняется в единой базе данных, что позволяет впоследствии проводить
коррекцию и сравнение результатов во временном масштабе.
Задача оперативного управления решается в программном комплексе посредством задания
текущей информации о состоянии погоды и горных работ в карьере на основе краткосрочного
метеорологического прогноза.
•
•
3. Заключение
С использованием разработанного пакета программ проведены аэрогазодинамические расчеты и
сделана оценка состояния воздушной среды на различных стадиях отработки месторождений в
проектируемых карьерах "Железный" Ковдорского ГОКа, "Олений ручей" Северо-Западной фосфорной
компании, месторождения алмазов им. М.В. Ломоносова, которые приняты в качестве регламентов по
нормализации воздушной среды и вошли составной частью в проектную документацию.
Задачи, решаемые с помощью данной программы, связаны с задачами экологических расчетов
окружающей среды вокруг карьеров. Применение программы позволяет осуществлять прогноз чистоты
атмосферы карьера и повысить качество проектирования горных работ в карьере. На горном
предприятии она позволяет осуществлять оперативный контроль и управление горными работами при
поддержании постоянно безопасной воздушной среды в карьере.
Литература
Алоян А.Е., Бакланов А.А., Битколов Н.З. Нормализация атмосферы глубоких карьеров. Л., Наука,
296 с., 1986.
Бакланов А.А. Численное моделирование в рудничной аэрологии. Апатиты, КФАН СССР, 200 с., 1987.
Никитин В.С., Битколов Н.З. Проектирование вентиляции в карьерах. М., Недра, 171 с., 1980.
590